Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Скоростные характеристики
Виды скоростных характеристик
Значительная часть парка установленных ДВС эксплуатируются в условиях изменения в широких пределах скоростных режимов и необходимой потребителю мощности, особенно это характерно для автотракторных двигателей. Поэтому потребителю необходимо знать поле возможных режимов работы двигателя, характер зависимости мощности и крутящего момента (или pe) от скоростного режима. К тому же, часто оказывается, что условия эксплуатации допускают в конкретной ситуации выбор любого из скоростных режимов из нескольких при заданной мощности. Например, выбор передаточного отношения трансмиссии автомобиля. В этом случае выбор скоростного режима двигателя зависит от протекания зависимости ge от n, выбирается режим, обеспечивающий минимальный эффективный расход топлива. Выбор режима может быть сделан на основании известной скоростной характеристики двигателя.
Скоростной характеристикой называют зависимость показателей работы двигателя от частоты вращения выходного вала. Различают несколько видов скоростных характеристик: абсолютная внешняя, предела дымления, внешняя (эксплуатационная внешняя) и частичная.
Абсолютной внешней скоростной характеристикой называют зависимость показателей работы двигателя от скоростного режима (n), при цикловой подаче топлива на каждом скоростном режиме, обеспечивающей максимальную мощность двигателя. График Ne в зависимости от n на этой скоростной характеристике ограничивает поле предельных по мощности режимов двигателя.
Максимальное pe, а значит Ne на каждом скоростном режиме, зависит от достигнутого pi, которое в свою очередь зависит от количества свежего заряда, поступающего в цилиндр, т.е. ηv, и его состава - α. Причем, состав смеси должен соответствовать максимальному значению ηi /α. Как было указано при рассмотрении индикаторных показателей, максимальное значение pi в двигателях с внешним смесеобразованием достигается при α =0,8 – 0,9, в дизелях при α =1. Т.о. в двигателях с внешним смесеобразованием абсолютная внешняя скоростная характеристика реализуется при работе двигателя на мощностной горючей смеси. Иначе обстоит с дизелем.
В связи с зависимостью ηv от скоростного режима для работы дизеля по абсолютной внешней скоростной характеристике цикловую дозу топлива, подаваемого в цилиндр, необходимо корректировать в соответствии с реализуемым коэффициентом наполнения. Работа дизеля на смесях близких к стехиометрическим сопровождается большим недогоранием топлива и сильным дымлением. При работе на таком режиме снижается надежность двигателя из за нагарообразования в камере сгорания, а по экологическим соображениям работа на этом режиме запрещена.
Характеристикой предела дымления называют зависимость основных показателей работы дизеля от скоростного режима при цикловой подаче топлива, соответствующей началу появления дыма в отработавших газах. При реализации этой характеристики на каждом скоростном режиме работы дизеля подбирается такая цикловая доза топлива, которая обеспечивает максимальную мощность при допустимом дымлении. Составы горючих смесей здесь получаются более бедными, чем при работе по абсолютной внешней характеристике, а достижимые мощности меньшими. При наличии топливной аппаратуры, способной в полной мере обеспечить такой закон подачи, характеристика предела дымления может быть принята как предельная в эксплуатации.
Внешней или эксплуатационной внешней скоростной характеристикой называется зависимость показателей работы двигателя от частоты вращения вала при максимальной подаче топлива штатной топливной аппаратурой. Для двигателей с количественным регулированием эта характеристика получается при изменении скоростного режима при полностью открытой дроссельной заслонкой, в дизелях – при положении органа, регулирующего цикловую дозу топлива, обеспечивающем получение номинальной мощности. Топливная аппаратура должна быть именно той, которой комплектуются конкретная марка двигателей.
Частичной скоростной характеристикой называют зависимость показателей работы двигателя от скоростного режима при положении органа, регулирующего подачу топлива или горючей смеси, обеспечивающем подачу топлива меньше максимальной. Для двигателей с количественным регулированием это неполное открытие дроссельной заслонки, для дизелей – подача топлива с цикловой дозой меньше максимальной.
Как было указано выше, экспериментальное определение скоростных характеристик производится с использованием специального испытательного оборудования, в соответствии с существующими стандартами. Кроме самой процедуры получения скоростной характеристики стандарты определяют и комплектность двигателя. В зависимости от страны – издателя стандарта в составе двигателя могут присутствовать или отсутствовать генератор, насосы, глушитель и др. Наличие или отсутствие этих агрегатов сказывается на значениях полученных эффективных показателей.
Как следует из определения внешней и частичных скоростных характеристик, определение их проводится при неизменном положении органа топливоподачи, изменение скоростного режима производится путем изменения момента сопротивления нагрузочного устройства, поглощающего мощность двигателя.
Вид скоростных характеристик может быть установлен и без проведения экспериментальных работ на основании анализа зависимости Ne л от скоростного режима и характеристик процессов цикла (115).
Вспомнив, что Ne л =pen / (30τ), можно записать
.
Поделив обе части на n, приняв все члены выражения, не изменяющиеся при изменении n в виде постоянного коэффициента K и пренебрегая допущениями, принятыми при выводе (115), получим:
. (117)
Для случая двигателя с наддувом предполагается, что давление наддува сохраняется и при изменении скоростного режима.
Из (117) следует, что протекание скоростной характеристики зависит от влияния скоростного режима на газообмен (ηv), на качество рабочего процесса (ηi /α) и относительной величины потерь энергии при передаче ее из цилиндра двигателя потребителю (η м).
Известно, что η м=1 – p м/ pi, а pe=piη м, тогда сравнив с (117) получим:
(118)
Используя (117) и (118) можно определить вид скоростных характеристик.
Скоростные характеристики двигателей с количественным регулированием определим, анализируя зависимости величин, входящих в (117) и (118) от скоростного режима.
Среднее давление механических потерь растет с ростом скоростного режима примерно линейно. От нагрузки (т.е. от угла открытия дроссельной заслонки) p м зависит слабо и может приниматься независящим от нагрузки. Это было показано при рассмотрении механических потерь.
Коэффициент наполнения двигателя с количественным регулированием при работе по скоростной характеристике зависит от скорости газов в газовоздушном тракте, настройки тракта (фазы газообмена, длины и форма каналов) на ту или иную частоту следования циклов (n), положения дроссельной заслонки. При работе по внешней характеристике (полное открытие дроссельной заслонки) с ростом частоты вращения от минимальной ηv незначительно повышается до достижения оптимальной с точки зрения газообмена частоты. Дальнейшее увеличение n сопровождается заметным падением ηv вплоть до номинальной частоты вращения. Переход на частичные скоростные характеристики осуществляется прикрытием дроссельной заслонки, при этом снижаются коэффициент наполнения, уровень характерных давлений цикла (pa, pz, pb), растет коэффициент остаточных газов (γr). При n близких к минимальным ηv слабо зависит от угла открытия дроссельной заслонки (φ дз), т.к. расход воздуха через двигатель невелик, мала и скорость газа в дроссельной щели. С ростом n расход и скорость воздуха увеличиваются, что ведет к потере полного давления и росту интенсивности падения ηv. Чем меньше открыта дроссельная заслонка, тем больше перепад давления на ней и тем быстрее падает коэффициент наполнения. При малых открытиях дроссельной заслонки перепад давления может стать сверхкритическим, при этом расход воздуха не зависит от разрежения в цилиндре и кривая зависимости ηv от n принимает форму равнобокой гиперболы.
Отношение ηi /α в двигателях с количественным регулированием зависит от состава смеси и достигает максимума в области обогащенных (мощностных) смесей. Поэтому при работе по абсолютной, часто и эксплуатационной, внешней скоростной характеристике должны использоваться горючие смеси с α =0,8 – 0,9. В отличие от дизелей здесь нет предела обогащения смеси по дымлению. На частичных нагрузках (при неполном открытии дроссельной заслонки) с целью повышения ηi и ηe используются обедненные смеси с α =1,05 – 1,2, значение ηi /α при этом снижается.
Оптимальный с точки зрения максимальной мощности или наилучшей экономичности α зависит от γr и турбулизации заряда, т.е. n. Для сохранения высокой скорости сгорания горючей смеси при увеличении γr смесь приходится несколько обогащать, а при увеличении скоростного режима в связи с ростом турбулизации заряда и скорости сгорания смесь можно обеднить. Поэтому, при работе двигателя по внешней скоростной характеристике с ростом частоты вращения горючую смесь не зависимо от того мощностная она или экономичная можно незначительно обеднять. На частичных режимах используется экономичная смесь, по мере прикрытия дроссельной заслонки в связи с ростом γr эта смесь становится все богаче. Но оптимальный для каждого положения дроссельной заслонки α при работе по частичной скоростной характеристике изменяется таким же образом, что и по внешней.
не нужен ли рисунок (посмотреть в инд показ)
Индикаторный КПД с ростом скоростного режима и обеднения смеси, а также уменьшения потерь тепла в стенки слабо возрастает. При приближении к номинальной частоте вращения он несколько уменьшается в связи с увеличением длительности сгорания по углу п.к.в. (несовершенства тепловыделения).
Описанное протекание ηi и α объясняет слабую зависимость ηi /α от скоростного режима и характер протекания этой кривой.
Рассмотрев зависимость всех составляющих выражения (118) для механического КПД от n можно представить и зависимость η м= f(n).
Второй член (118) является отношением p м к произведению Кηvηi / α. С ростом скоростного режима p м линейно возрастает. Отношение ηi /α слабо зависит от скоростного режима, зато ηv с ростом n в основном уменьшается и особенно сильно на частичных режимах. Таким образом, второй член (118) при увеличении скоростного режима увеличивается, что ведет к падению η м, интенсивность падения растет с уменьшением нагрузки (φ дз). Рис
Протекание pe по скоростной характеристике определяется выражением (117). Анализируя протекание каждого из сомножителей этого выражения можно сделать следующие выводы.
При работе по внешней характеристике при росте n от минимальных значений в связи с возможностью небольшого роста ηv и слабого падения η м, а также некоторого роста ηi /α, возможен рост pe с последующим его падением по мере роста скоростного режима. Максимальное значение pe (а значит и Me) у транспортных двигателей с количественным регулированием и нерегулируемым газовоздушным трактом достигается при n = (0,45 – 0,55) n ном. При переходе на частичные скоростные характеристики по мере уменьшения нагрузки (φ дз) падение pe начинается со все уменьшающегося скоростного режима. Связано это с падением ηv и η м при уменьшении нагрузки.
Мощность двигателя, определяемая (104) как Ne=(peiVhn) / ( 30 τ) при работе по внешней скоростной характеристике растет с увеличением n во всем диапазоне скоростных режимов, интенсивность роста уменьшается по мере приближения к n ном. Протекание кривой мощности на частичных скоростных режимах зависит от степени дросселирования двигателя. Чем меньше φ дз, тем круче падает pe и меньше достижимая мощность. При сильном дросселировании режим холостого хода (когда pi=p м) достигается при n меньших чем n ном. Рис
Экономичность двигателя с количественным регулированием при работе по скоростным характеристикам может быть оценена эффективным КПД (ηe) и эффективным удельным расходом топлива (ge). В соответствии с (106) ηe= ηiη м, а ge = 3600/ Hu ηe.
При работе по внешней скоростной характеристике индикаторный КПД с ростом n возрастает, при приближении к n ном возможно некоторое падение, механический КПД уменьшается, интенсивность его уменьшения растет по мере роста n. Произведение этих кривых дает выпуклую кривую с перегибом. Максимум ηe находится в интервале между значениями n, соответствующими максимальному крутящему моменту и номинальной мощности. Работа бензинового двигателя по внешней скоростной характеристике может осуществляться с использованием обогащенной мощностной смеси или обедненной экономичной. Эффективный КПД при использовании экономичной смеси получается выше в связи с ростом индикаторного КПД несмотря на некоторое уменьшение ηi /α, такое же протекание ηe возможно при работе по частичной скоростной характеристике при малом дросселировании двигателя. При дальнейшем дросселировании ηe на частичных скоростных характеристиках становятся ниже, что объясняется уменьшением η м и обогащением экономичной горючей смеси из за увеличения γr при дросселировании. Вид кривых ge является зеркальным отображением кривых ηe. Рис
1 - ВСХ
Общий вид скоростных характеристик двигателя с количественным регулированием получится путем сведения всех рассмотренных выше зависимостей в единый график. Ниже приведена гипотетическая внешняя скоростная характеристика двигателя с количественным регулированием.
Реальная внешняя скоростная характеристика двигателя ЗИЛ – 130 приведена на рис.
Скоростные характеристики дизеля определим также, используя (117) и (118).
Механические потери дизеля меняются при работе по скоростной характеристике так же, как и в бензиновом двигателе.
В связи с применением качественного регулирования двигателя наполнение цилиндра дизеля практически не зависит от нагрузки, т.е. цикловой дозы топлива. С ростом n от минимальных значений ηv возрастает, достигая максимума при оптимальном с точки зрения принятых фаз газообмена и геометрии газовоздушного тракта скоростном режиме. При дальнейшем росте n коэффициент наполнения снижается. При работе по частичным скоростным характеристикам кривая ηv протекает одинаково, независимо от режима нагрузки, лишь при работе по внешней или близкой к ней характеристике коэффициент наполнения может уменьшиться. Это связано с тем, что при больших нагрузках (цикловых дозах топлива) возрастает температура продуктов сгорания, а вместе с ними и температура стенок рабочей камеры, увеличивается подогрев свежего заряда. Зависимость протекания ηv по скоростной характеристике дизеля более полога, чем протекание ηv двигателя с количественным регулированием. нанести пунктир?
Для работы дизеля по абсолютной внешней скоростной характеристике необходимо на каждом скоростном режиме подавать такую цикловую дозу топлива, которая обеспечила бы максимальную работу цикла. При этом достигается максимальное значение отношения ηi /α, а состав смеси близок к α =1. Работа по этой характеристике теоретически возможна только при увязывании цикловой дозы топлива с реализуемым на каждом скоростном режиме коэффициентом наполнения. Однако в действительности длительная работа дизеля по абсолютной внешней характеристике невозможна из за сильной дымности и интенсивного нагарообразования. Длительная работа возможна лишь по характеристике предела дымления. Состав горючей смеси при работе по этой характеристике должен быть более бедным, а цикловая доза топлива на каждом скоростном режиме тоже увязываться с коэффициентом наполнения.
Топливная аппаратура дизелей при неизменном положении регулирующего органа обычно сохраняет цикловую дозу топлива или (при отсутствии специального корректора) незначительно увеличивает ее с ростом скоростного режима. Протекание эксплуатационных характеристик, внешней и частичных, рассмотрим исходя из указанного свойства аппаратуры.
Если увеличивать скоростной режим при неизменном положении регулирующего органа топливоподачи, то значения коэффициента наполнения и цикловой дозы топлива изменяются в соответствии с указанным выше. Тогда коэффициент избытка воздуха будет уменьшаться даже при наличии корректора. нанести инд КПД?
Отсюда следует, что работа по внешней скоростной характеристике с α, соответствующим пределу дымления, возможна только на скоростном режиме, на котором получается наиболее богатая смесь. Таким скоростным режимом является номинальный.
При рассмотрении индикаторных показателей было выявлено, что по мере обогащения смеси (уменьшения α) ηi дизеля снижается, а ηi /α слабо возрастает.
Протекание графика η м определяется выражением (118). Числитель второго члена правой части этого выражения линейно возрастает с ростом n. Знаменатель является произведением ηv, протекающего по скоростной характеристике в виде выпуклой кривой, и слабо возрастающего значения ηi /α. В конечном итоге протекание η м= f(n) по внешней скоростной характеристике представляет собой слабо выпуклую кривую с с максимумом вблизи скоростного режима, соответствующего максимальному ηv. При переходе к частичным скоростным характеристикам η м протекает подобным же образом, но в связи с падением ηi /α при уменьшении цикловой дозы топлива (обеднении смеси), размещаются ниже. Коэффициент наполнения здесь практически не изменяется. Чем меньше цикловая доза топлива, тем ниже располагается кривая η м.
В соответствии с (117) значение среднего эффективного давления pe и, соответственно, Me зависят от количества подведенного топлива g тц и протекания кривых ηv и η м. Максимальные их значения получаются на абсолютной внешней характеристике, ниже располагается характеристика предела дымления, еще ниже эксплуатационная внешняя и далее частичные. Вид их определяется в основном протеканием кривой коэффициента наполнения и механического КПД. Характеристики имеют вид выпуклых кривых с максимумом при n =(0,55 – 0,7) n ном.
Мощность двигателя Ne определяется как и ранее выражением (104). При работе по внешним скоростным характеристикам мощность растет с увеличением n во всем диапазоне скоростных режимов, интенсивность роста уменьшается при приближени к n ном, но в меньшей степени чем в двигателях с количественным регулированием Протекание кривой мощности на частичных скоростных режимах зависит от степени уменьшения подачи топлива. Чем меньше g тц тем ниже темп роста мощности по частичной скоростной характеристике.
6 – предел дымления
1 – внешняя, 2 – предела дымления, 3 – абсолютная внешняя.
Экономические показатели дизеля при работе по скоростным характеристикам определяются теми же выражениями что и для бензиновых двигателей. Рассмотрим их протекание по эксплуатационной внешней и частичным скоростным характеристикам. Протекание кривой ηe определяется в основном протеканием η м, влияние ηi на форму кривой невелико, поэтому зависимости ηe от n по форме напоминают зависимости η м. Кривые ge протекают зеркально по отношению к кривым ηe.
Кривая 1 – внешняя характеристика.
Применение наддува повышает энергетические показатели дизеля и улучшает экономические. Характер протекания показателей работы двигателя по скоростным характеристикам несколько изменяется, но основные закономерности сохраняются. Например протекание pe и Me может стать более пологим, а рост Ne более крутым, в некоторых случаях возрастает эффективный КПД двигателя. На рисунке приведено протекание кривых относительных значений pe и Me двигателя ЯМЗ-238 без наддува и с наддувом: 1 – без наддува, 2 – с наддувом.
Ниже приведены внешние скоростные характеристики того же дизеля без наддува (а) и с наддувом (б). В данном случае удельный расход на номинальном режиме не изменился, так как с целью снижения теплонапряженности двигателя с наддувом пришлось обеднить смесь с α =1,53 без наддува до α =1,75 с наддувом.
Date: 2015-05-04; view: 4070; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА... |